JPH02195243A - 燃焼制御用電子素子の結露防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、燃焼制御に用いられる加熱型電子素子におい
て、燃焼終了後（測定後）の温度低下した電子素子に高
温多湿な排気ガス中の水分が結露するのを防止する方法
に関するものである。

「従来の技術」 従来、電子素子どして、ジルコニア固体電解質中の酸素
イオンの移動に伴う電流変化から気体中の酸素濃度を測
定するセラミックセンサ（酸素センサ）が知られている
。

この電子素子（セラミックセンサ）は、燃焼制御用とし
て第３図に示すようにして用いられている。

図中、符号１はボイーラであり、２は酸素測定器である
。ボイラｌには電圧が交流電源線３ａ、３ｂから供給さ
れるとともに、スイッチ４によって０Ｎ１０ＦＦされる
ようになっている。一方、酸素測定器２には、前記交流
電源線３ａ、　３ｂから２つの接続端５ａ、　５ｂおよ
び５ｃ、　５ｄを介して供給されるようになっている。

接続端５ａは交流電源線３ａにスイッチ６を介して接続
され、接続端５ｂは交流電源線３ｂに接続されている。

また、接続端５ｃは前記ボイラｌとスイッチ４との接続
線に接続され、接続端５ｄは前記交流電源線３ｂに接続
されている。上記構成において、スイッチ４とスイッチ
６とは同期して駆動するように構成されている。

前記酸素測定器２は、第４図に示すように、接続端５ａ
、　５ｂ間に設置されている交流−直流変換回路７と、
接続端５ｃ、　５ｄ間に設置されている交流−直流変換
回路８と、前記交流−直流変換回路７から直流電源を供
給されるヒータ９と、前記交流−直流変換回路８に接続
されているバイアス回路増幅回路ｌＯと、このバイアス
回路増幅回路１０と前記交流−直流変換回路８とに接続
されている機能回路１１と、前記バイアス回路増幅回路
１０に接続されている酸素センサ（セラミックセンサ）
１２とから構成されており、前記ヒータ（加熱体）９が
酸素センサ１２を所定温度に加熱、維持するようになっ
ている。

前記セラミックセンサ１２は、図示しないが、周知のよ
うに、固体電解質が一組の白金電極に挟まれ、一方の電
極が小孔を有するキャップによって覆われてなるもので
、前記小孔により、一方の電極側への空気の流入が制限
されるようになっている。前記各電極には、前記直流電
源（交流−直流変換回路８）によって電圧が印加され、
この電圧は電圧計によって検出されるようになっている
。

まｔこ、電圧の印加によって前記固体電解質を流れる電
流が電流計に検出され、この電流計の出力が酸素濃度デ
ータとして出力されるようになっている。そして、この
セラミックセンサ１２にあっては、印加される電圧にか
かわらず固体電解質を流れる電流が一定になる場合の電
流値（限界電流値）の値により、雰囲気中の酸素濃度を
測定することができる。

また、このセラミックセンサ１２において検出される限
界電流値は、雰囲気の酸素濃度のみならず、固体電解質
の温度に依存して変化し、あるいは、限界電流値を生じ
ない特性を持っているから、この温度特性による誤差を
補正すべ（、前記したように、ジュール熱を発生するヒ
ータ９を設け、センサの固体電解質を所定温度に加熱す
るようになっている。

上記酸素測定器２において、ボイラｌの点火と同時にヒ
ータ９およびセンサの固体電解質に電圧を印加すると、
印加される電圧の上昇にともなって電流が徐々に上昇し
て行き、ある電流値を超えると、電圧の上昇にかかわら
ず一定の電流が検出される特性を呈する。この電流値は
、前記したように限界電流値と呼ばれるものであって、
被測定ガス（ボイラｌの排気ガス）中の酸素濃度に依存
して変化するものであるから、この限界電流値を介して
排気ガスの酸素濃度を知ることができる。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、燃焼排気ガスは多分に高温であり、しかも燃
焼時に発生した水分によりかなり多湿となっている。燃
焼、測定時では、排気ガスは、当然のことながら高温に
維持され、流動しており、センサも加熱されているので
、問題はないが、燃焼が停止され、それと同時に測定が
終了（ヒータが０ＦＦ）した場合、センサに結露が生じ
てしまう。これは、燃焼停止により、排気ガスの温度が
低下し、ガス中の蒸気圧が飽和蒸気圧に近くなるか越え
てしまい、しかもセンサの表面温度も低下するからであ
る。このような状態にあるセンサが再び測定状態、すな
わち、ヒータにより加熱されると、センサ上の結露とヒ
ータによる加熱とにより、センサに非常に大きな熱歪が
加わることとなる。この過程の繰り返しによりセンサの
破壊が生じてしまい、問題となっている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、燃焼制御
に用いられる加熱型セラミックセンサにおいて、燃焼終
了後（測定後）の温度低下したセンサに高温多湿な排気
ガス中の水分が結露するのを防止する方法を提供するこ
とを課題とするものである。

［課題を解決するための手段」 本発明は、燃焼停止時におけるセンサ（電子素子）への
結露の防止を、燃焼停止とセンサの作動停止を一部連動
させず、ヒータ（加熱体）の電源を計時（タイマー）回
路により燃焼電源よりも遅らせて切ることにより達成す
るものである。

この場合、タイマー回路作動中のヒータへの電源供給に
ついては、通常の加熱時の電源供給ではなく、センサ温
度が１００℃くらいになる程度の供給量にすることで、
省エネルギーと高温によるセンサの劣化を防止する。ま
た、タイマー回路の作動時間については、燃焼機関の大
きさ、作動温度、センサの取付位置などの種々の条件に
より異なるため、それぞれの場合の最適時間とする。

「作用」 上記構成であると、燃焼停止時の雰囲気温度の低下によ
り結露が生じやすい情況にあっても、センサ部のみは所
定時間適度に加熱されるため、結露が生じず、その結果
、運転再開時のセンサ破壊を防止することができる。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。な
お、図中従来例と共通の構成には同一符号を付して説明
を簡略化する。

第１図は本発明の方法を実施するのに好適な排気ガス酸
素濃度測定システムの電源供給シーケンスを示すもので
、第２図はこのシステムに用いられる酸素測定器を示す
ものである。

このシステムでは、従来例において、接続端５ａ・とス
イッチ６との間にタイマー２０ａにより作動されるタイ
マー接点２０ｂが介装され、前記スイッチ６と交流電源
線３ａとの間にリレーコイル２１ａにより作動されるリ
レー接点２１ｂが介装され、酸素測定器２２にリレーコ
イル２３ａにより作動されるリレー接点２３ｂが取り付
けられている点が異なっている。図に示すように、前記
タイマー２０ａとコイルリレー２３ａはスイッチ６のＯ
ＦＦ接点と交流電源線３ｂとの間に並列に介装され、リ
レーコイル２１ａはタイマー接点２０ｂと交流電源線３
ｂとの間に介装されており、リレーコイル２３ｂは、第
２図に示すように、交流−直流変換回路７とヒータ９と
の間、に介装されたヒータ電圧コントローラ２４に接続
されている。

次いで、前記システムの制御動作の内容とともに、本発
明方法を説明する。

（ａ）　　ボイラｌのスイッチ４をＯＮにしてボイラｌ
を駆動すると、同時に酸素測定器２２の接続端５ａ−５
ｂ問および接続端５ｃｍ５ｄ間に電源が供給される。こ
の際、リレーコイル２１ａは励磁されて接点２１ｂは閉
状態となっている。この状態では、排気ガスが産出、流
動、排出され、酸素センサ１２がヒータ９により所定温
度に加熱されて前記排気ガス中の酸素濃度を測定してい
る。

（ｂ）　　次に、ボイラｌを停止させるために、スイッ
チ４をＯＮ接点とＯＦＦ接点との中間に位置させると、
まず、ボイラｌが停止され、同時に酸素測定器２２の接
続端５ｃｍ５ｄ間の電源が停止される、この場合、酸素
測定器２２のもう一方の接続端５ａ５ｂ間には、リレー
接点２１ｂが閉じているために、電源が供給されており
、ヒータ９は電圧を印加されたままにある。

（Ｃ）　　続いて、スイッチ４が完全にＯＦＦになった
場合、すなわち、スイッチ４の可動接点がＯＦＦ接点に
接触した場合には、同期駆動されるスイッチ６において
も可動接点がＯＦＦ接点に接触するので、前記（ｂ）の
状態が維持される以外に、リレーコイル２３ａが励磁さ
れるとともにタイマー２０ａが駆動される。その結果、
リレーコイル２３ａが閉状態となり、ヒータ電圧コント
ローラ２４に信号が伝達され、一方においてタイマー２
０ａの作動が始まる。

上記のヒータ電圧コントローラ２４に信号が伝わり、ヒ
ータ電圧をコントロールする際には、電圧が０．５〜１
．０Ｖ程度に低下するように設定しておく。

また、タイマーセット時間は、酸素センサ１２の雰囲気
の室温レベルまでの温度低下時間に等しいが、これは、
ボイラ１の大きさや、酸素センサ１２が火源からどの程
度部れて取り付けられているが、に大きく左右される。

したがって、タイマーセット時間は、それぞれの場合に
応じての最適時間とする。

（ｄ）　　前記のようにして設定したタイマー時間直後
に、タイマー接点２０ｂが開となる。タイマー接点２０
ｂが開となった瞬間に、リレーコイル２１ａの励磁が消
え、接点２１ｂが開となる。その結果、すべての機械へ
の電源供給が停止される。

このように、本発明方法によれば、燃焼停止後、排気ガ
スが完全に室温レベルになるまで、酸素センサを保温し
ておくので、測定終了後にセンサに結露を生じることが
なく、次に測定する場合にセンサが急激な温度差を受け
て破損してし鳶うことがなくなる。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係る燃焼制御用電子素子
の結露防止方法は、燃焼停止時における電子素子への結
露の防止を、燃焼停止と電子素子の作動停止を一部連動
させず、加熱体の電源を計時回路により燃焼電源よりも
遅らせて切ることにより達成するものである。

したがって、本発明によれば、燃焼停止時の雰囲気温度
の低下によって結露が生じやすい情況にあっても、電子
素子のみは所定時間適度に加熱されるため、電子素子に
結露が生じず、その結果、運転再開時の電子素子破壊を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するに好適な排気ガス酸素濃
度測定システムの電源供給シーケンスを示すもので、第
２図はこのシステムに用いられる酸素測定器を示すもの
であり、第３図は従来の排気ガス酸素濃度測定システム
の電源供給シーケンスを示すもので、第４図はこの従来
システムに用いられていた酸素測定器を示すものである
。 ！・・・・・・ボイラ、３ａ、　３ｂ・・・・・・交流
電源線、４．６・・・・・・スイッチ、５ａ、　５ｂ、
　５ｃ、　５ｄ・・・・・・酸素測定器の接続端、７．
８・・・・・・交流−直流変換回路、９・・・・・・加
熱体（ヒータ）、ｌＯ・・・・・・バイアス回路増幅回
路、１１・・・・・・機能回路、Ｉ２・・・・・・電子
素子（セラミックセンサ；酸素センサ）、２０ａ・・・
・・・タイマー、２０ｂ・・・・・・タイマー接点、２
１ａ、　２３ａ”・・・−リレー・コイル、２１ｂ、２
３ｂ・・・・・・リレー接点、２２・・・・・・酸素測
定器、２４・・・・・・ヒータ電圧コントローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電子素子が加熱体により所定温度に維持されるとともに
   電圧が印加され、この印加電圧の変化にかかわらず、前
   記電子素子に流れる一定の電流値である限界電流値から
   、前記電子素子に接触させた燃焼排気ガス中の酸素濃度
   を燃焼制御に供するために検知する燃焼制御用電子素子
   の結露防止方法であつて、 燃焼停止と電子素子の作動停止を一部連動させず、加熱
   体の電源のみを計時回路を用いて前記燃焼停止よりも遅
   らせて停止させることを特徴とする燃焼制御用電子素子
   の結露防止方法。